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我们从水稻Nipponbare EMS突变体库中筛选得到一个生长发育受阻,根构型改变,不能利用Fe(Ⅲ)(柠檬酸-Fe(Ⅲ))的水稻突变体。通过图位克隆的方法,克隆到该突变基因为水稻Fe(Ⅲ)吸收代谢途径中合成DMA(麦根酸)的关键酶--OsNAAT1(LOC_Os02g20360)。而DMA是用来螯合Fe(Ⅲ)以供植物根系吸收Fe的载体(Phytosiderophore),因而,该基因的突变使Osnaatl的根系不能再合成、分泌DMA,使Fc(Ⅲ)不能吸收；并造成DMA合成底物NA大量在根部和地上部分积累。但是,OsNAAT1的突变并没有使突变体完全失去Fe的吸收能力。实验证明它能利用溶液中的Fe(Ⅱ)(EDTA-Fe(Ⅱ))或者淹水土壤中富含的Fe(Ⅱ)进行正常的生长发育。这个事实也为水稻是即可以利用Fe(Ⅲ)也可以利用Fe(Ⅱ)的禾本科植物提供了突变体材料证据。同时,OsNAAT1的突变,反而可以刺激水稻中Fe的吸收,使淹水条件下栽培的水稻秸杆、稻米尤其是精米中Fe、Zn等金属元素的含量同野生型相比大大提高。
在有Fe(Ⅱ)提供的培养条件下生长时,水稻基因芯片分析结果表明:Osnaatl中Fe(Ⅲ)吸收代谢、转运途径中的相关基因仍在相当大的程度上被上调。另外,即使是野生型在Fe(Ⅱ)为Fe供应形式的培养条件下,分泌的DMA量也比其在Fe(Ⅲ)培养条件下分泌的量要高很多；Fe(Ⅲ)吸收机制相关基因也被上调。这在一定程度上说明了水稻中Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的吸收之间存在较为复杂的关系。一方面,水稻Fe(Ⅲ)吸收减少或吸收途径的破坏,能促进Fe(Ⅱ)吸收机制的增强,使Fe的运输效率和积累能力得以提高；另一方面,水稻吸收Fe(Ⅲ)可能与Fe(Ⅲ)在水稻中特殊的氧化-还原地位有关,Fe(Ⅲ)有可能通过Fenton反应生成一部分O2,缓解淹水条件下水稻根系所受的低氧胁迫损害。因此,Fe(IlI)的吸收,极有可能为水稻在淹水环境下抵抗低氧逆境而能正常生长提供了一定的保护作用。
在Fe(Ⅲ)为供Fe源并Pi缺乏的溶液培养中,突变体的表型也得以恢复。ICP-MS分析表明：这种条件下,Osnaatl中的Fe、Zn元素含量较不缺Pi的条件大大提高。而基因芯片分析结果却显示：在缺Pi且存在Fe(Ⅲ)条件下生长的Osnaatl中,已知的Fe(II)和Fe(Ⅲ)吸收途径中的相关基因都较Fe(Ⅲ)且供Pi的条件受到了不同程度的抑制,暗示缺Pi条件下,可能存在目前不为人所知的Fe的吸收、运输机制。在水稻中,Pi的吸收和Fe的吸收或者Pi和Fe的信号转导之间可能存在着密切的互作关系。 OsNAAT1的突变还导致植株根部乙烯合成、释放增加,而地上部分乙烯合成减少,当对根部试用乙烯合成或作用抑制剂时,突变表型得到一定程度的缓解。另外,Osnaatl在透气性好的土壤中生长时,同样可使一部分突变性状得到改善。从基因芯片的结果中,我们可以看出,根部的乙烯合成酶OsACO1被上调,很多与氧化还原反应以及植物体内O2运输、代谢,低氧胁迫诱导相关的基因被上调。而当提供Fe(II)时,植株Fe营养得到改善后,这些现象即消失。说明突变体中Fe的缺乏响应同样会导致植物激素——乙烯代谢的紊乱与失调；会降低水稻淹水条件下抵抗氧逆境的能力,使植物生长发育和生理代谢遭到损害。而一旦水稻脱离了淹水这种低氧逆境,这种由Fe缺乏造成的损害发生程度就会被大大降低。